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连接组与小世界图上Kuramoto模型的临界同步动力学

无序系统与神经网络 2019-12-24 v3 统计力学 生物物理 神经元与认知

摘要

皮层动力学在近临界性运行的假说也暗示其展现出普适临界指数,这使得同步的基本模型Kuramoto方程成为底层普适模型的主要候选。此处,我们通过在包含804092个节点的假定稳态大尺度加权人类连接组网络上数值求解该模型,确定了其同步行为。由于该图具有拓扑维数 d<4d < 4,在热力学极限下真正的同步相变不可能发生,但我们仍能在部分同步与去同步状态间定位一个转变。在此交叉点我们观察到幂律拖尾的同步时长,其 τt1.2(1)\tau_t \simeq 1.2(1),偏离脑实验值。作为比较,在具有额外随机长程连接的大二维晶格上,我们得到均值场值:τt1.6(1)\tau_t \simeq 1.6(1)。然而,在连接组相变以下我们发现依赖于全局耦合控制参数的指数 1<τt21 < \tau_t \le 2,与人脑实验范围重叠。我们还研究了小部分连接权重随机翻转(模拟具有抑制性相互作用的网络)的影响,得到类似结果。该控制参数依赖的指数暗示相变点以下的扩展动力学临界性。

关键词

引用

@article{arxiv.1903.00385,
  title  = {Critical synchronization dynamics of the Kuramoto model on connectome and small world graphs},
  author = {Géza Ódor and Jeffrey Kelling},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1903.00385},
  year   = {2019}
}

备注

12 pages, 9 figures + Supplemenraty material pdf 2 pages 4 figs, 1 table, accepted version in Scientific Reports